К присуждению Р.А. Зубареву медали Бимана
T4N2
К присуждению Р.А. Зубареву медали Бимана
В 2007 г. ежегодно присуждаемая Американским масс-спектрометрическим обществом медаль Бимана была вручена Роману Александровичу Зубареву за его ведущие позиции в развитии метода диссоциативного захвата электрона для тандемной масс-спектрометрии.
Медаль вручается ученому как признание значительных достижений в фундаментальной и прикладной масс-спектрометрии, сделанных в начале его карьеры. Обычно возраст номинантов к моменту получения медали не превышает 40 лет. Награда была учреждена в честь профессора Клауса Бимана, который в течение 40 лет своей работы в Массачусетском технологическом институте передавал свои знания многочисленным студентам и сотрудникам. Вручаемая с медалью денежная премия спонсируется вкладами студентов, сотрудников и друзей профессора Бимана. Для получения ее не обязательно быть членом Американского масс-спектрометрического общества (АМСО). Процедура вручения медали и денежной премии происходит обычно во время ежегодной конференции АМСО. Список номинантов ежегодно обновляется.
Зубарев Р.А. показал, что в недериватизованных пептидах диссоциативный захват электрона (ДЗЭ) преимущественно вызывает разрывы N–Cα-пептидных связей. Разрывы, инициированные ДЗЭ, равномерно происходят по всей длине пептидной цепи. Образующиеся ионы c- и z·-серий позволяют повысить надежность масс-спектрометрического секвенирования. Этот метод отличается от метода диссоциации, активированной соударениями, и мультифотонной диссоциации, которые приводят к разрывам слабейших связей в цепи пептида. Р.А. Зубарев показал также, что ДЗЭ, активируя разрыв связей пептидной цепи, не приводит к потере информации о месте пост-трансляционных модификаций, что делает метод пригодным для определения места и природы подобных модификаций. С момента первой публикации по ДЗЭ в 1998 г. наблюдался экспоненциальный рост количества исследований в этом направлении. Р.А. Зубарев расширил диапазон применимости ДЗЭ. Метод теперь используется не только на приборах ионного циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием, но и на квадрупольных ионных ловушках. Р.А. Зубарев продолжает активно исследовать родственные методы ионизации и диссоциации связей в пептидной цепи, сформировавшиеся не так давно в новую область ионно-электронной химии. Сфера его интересов включает в себя «горячий ДЭЗ», позволяющий отличать изомерные лейцин и изолейцин; диссоциацию, инициируемую отрывом электрона (ДОЭ), что дает возможность разрывать связи С−СО в режиме отрицательных ионов; а также диссоциацию электронным возбуждением, происходящим в результате увеличения заряда катиона.
Electron Capture Dissociation
and Roman Zubarev
Fred W. McLafferty.
Cornell University,
Ithaca, New York, USA
I was very lucky. Roman Zubarev came to Cornell in May 1997 after a variety of successful research experiences in physics and chemistry at great mass spectrometry (MS) laboratories of the world. With us, he immediately jumped into our problem of a strange research observation. For many years our laboratory, and many others, had tried to find different ways of dissociating multiply-charged gaseous peptide and protein ions, using the resulting product ion masses to characterize sequence and covalent modifications (“top-down MS”) [1]. Methods such as collisionally activated dissociation (CAD), infrared multiphoton dissociation, and surface enhanced dissociation add differing amounts of energy to ions at different rates, but cleavages still occur at amide backbone bonds yielding similar b and y ions.
In yet another “desperation” attempt, we tried irradiating ions trapped in the Fourier-transform MS ion cell with energetic (6.4 eV) photons of the 193 nm excimer laser, naively hoping that absorption of high energy in a chromophore might cause local dissociation. Again, spectra were similar to those from CAD.
However, some VUV spectra did produce unique c and z· fragment ions corresponding instead to the cleavage of N–Cα backbone bonds [2], producing discussions here on their source and possible experimental tests among Tadhg Begley, Barry Carpenter, H. Floyd Davis, Einar Fridriksson, Ziqiang Guan, Neil Kelleher, Nathan Kruger, and Michael Senko. Most ideas, even mine, failed, such as finding spectra still identical under new and full moons.
Roman arrived, discussions increased, apparently often with a Zubarev/Kelleher/Senko committee in other “late night laboratories”. The unusual formation of the odd-electron product ion z· after electrospray raised the suspicion that this involved electrons, which might be released due to interaction of the high energy laser photons with the FTMS ion cell. Positive ions are trapped in the cell with exterior positive electrodes; outside these Roman added negative electrodes to trap electrons also. This greatly increased c and z· ion formation, and the rest is history. Another brilliant Zubarev idea was to replace the $30.000 laser with an electrically-heated filament to produce electrons, and ECD was born. He soon turned it into a reliable analytical tool with basic studies on electron energy, ion/electron interaction, mechanisms, etc.[3].
But this is only illustrative of why Roman is so deserving of this prestigious award. Since leaving Cornell he has extended such studies to a wide range of electron energies with negative as well as positive ions to find new and exciting reactions with unique MS applications. He has also established highly productive collaborations with fine scientists ranging from accelerator physicists to biomedical experts.
I had a wonderful 50 year friendship with Viktor Tal’roze, who taught me many things. “Fred, a commercial instrument can’t possibly be as good for your research as building what you need. In Russia our students must do this, as it is best for them also.” Thus I am thankful for Roman’s education, as well as for his talent and enthusiasm for science and for his wonderfully warm personality.
The Biemann medal highlights the best in the younger generation in mass spectrometry and the hope for its future. To repeat, I have been very lucky.
Диссоциативный захват электрона
и Роман Зубарев
Ф. МакЛафферти
Корнельский университет,
Итака, Нью-Йорк, США
Мне повезло. Роман Зубарев приехал в университет Корнелла в мае 1997 г. после целого ряда успешных научных исследований в области физики и химии, проведенных в признанных мировых масс-спектрометрических центрах. У нас он моментально погрузился в проблему интерпретации необычных экспериментальных наблюдений. Многие годы наша лаборатория, как и многие другие, занималась поиском различных путей инициирования диссоциации многозарядных ионов пептидов и белков в газовой фазе с использованием спектров ионов продуктов для установления аминокислотной последовательности и ковалентных модификаций [1]. Методы диссоциации, активированной столкновениями (ДАС), инфракрасной мульти-фотонной диссоциации и диссоциации, активированной поверхностью, сообщают ионам различное количество энергии с различными скоростями. Тем не менее, распад цепи всегда идет по амидным связям с образованием во всех случаях идентичных ионов y- и b-серий.
В очередной отчаянной попытке мы активировали ионы, запертые в ячейке масс-спектрометра с преобразованием Фурье (МСПФ), энергетическими (6.4 эВ) фотонами, испускаемыми эксимерным лазером с длиной волны 193 нм, наивно полагая, что абсорбция значительной энергии хромофором может вызвать локальные диссоциативные процессы. Спектры вновь оказались похожими на те, что получались в условиях ДАС.
Однако в некоторых спектрах с УФ-активацией действительно наблюдались пики характеристичных c- и z·-фрагментных ионов, образующихся в результате разрывов N−Cα-связей цепи [2]. По поводу механизма их появления и постановки эксперимента для его доказательства развернулась целая дискуссия с участием Tadhg Begley, Barry Carpenter, H. Floyd Davis, Einar Fridriksson, Ziqiang Guan, Neil Kelleher, Nathan Kruger, и Michael Senko. Большинство идей, включая мою, оказалось несостоятельными, поскольку наблюдаемые спектры оказывались идентичными «что в новолуние, что при полной луне».
С приездом Романа дискуссии обрели новую силу, зачастую в составе комитета «ночной лаборатории» Зуба- рев\Келлехер\Сенко. Необычное образование нечетноэлектронных фрагментных ионов z· в результате элеткрораспыления вызвало подозрение об участии электронов, которые могли бы образовываться в результате взаимодействия лазерных фотонов высокой энергии в ионной ловушке МСФП. Положительные ионы запираются в ячейке внешними положительными электродами. Роман добавил к ним и отрицательные электроды для удерживания электронов. Это резко увеличило выход c- и z·-фрагментных ионов, а остальное уже история. Другая блестящая идея Зубарева связана с заменой тридцатитысячедолларового лазера на электрически нагреваемый катод, эмиттирующий электроны. В результате родился метод диссоциативного захвата электрона. Вскоре благодаря фундаментальным исследованиям механизмов, энергий электронов, ионно-электронных взаимодействий Роман превратил его в надежный аналитический инструмент [3].
Это только иллюстрация того, почему Роман столь достоин этой престижной награды. С момента отъезда из Корнельского университета он расширил исследования в этой области, изучая взаимодействие электронов в широком энергетическом диапазоне с положительными и отрицательными ионами. В результате были открыты изумительные новые реакции с уникальными масс-спектрометрическими применениями. Он также наладил крайне эффективное сотрудничество с серьезными учеными, работающими в самых разных областях (от физиков, занимающихся ускорителями, до специалистов в области биомедицинских исследований).
В течение 50 лет я дружил с Виктором Тальрозе, который научил меня многим вещам. «Фред, говорил он, коммерческий прибор, пожалуй, не может быть столь же хорош, как тот, что сконструирован непосредственно под твои задачи. В России наши студенты вынуждены этим заниматься, что идет на пользу и им самим». Таким образом, я очень благодарен Роману за его образование, как и за его талант и научный энтузиазм, а также за его удивительную человеческую теплоту.
Медаль Бимана высвечивает лучших среди нового поколения масс-спектрометристов и демонстрирует надежду на будущее развитие метода. Повторюсь еще раз. Мне повезло.
